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8.3:

Lagging Strand Synthesis

JoVE Core
Cell Biology
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Lagging Strand Synthesis

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i filamenti complementari di DNA a doppia elica, replicano a velocità diverse. Da un lato, il processo di replica è continuo e veloce:il nuovo filamento figlio, viene definito filamento principale. Sull’altro filamento, il processo di replicazione è discontinuo, relativamente più lento, e inizia leggermente più tardi.il filamento figlio viene definito come filamento ritardo. La DNA polimerasi può sintetizzare solo il DNA nella direzione da 5 primi a 3 primi. Per questo motivo, il filamento principale viene sintetizzato continuamente.Tuttavia, la DNA polimerasi non può sintetizzare il DNA in una direzione da 3 primi a 5 primi sul filamento in ritardo. Per affrontare questo problema, la sintesi del DNA viene eseguita in modo discontinuo in una direzione da 5 primi a 3 primi L’enzima DNA primasi, che è presente vicino all’apertura della forcella di replicazione, sintetizzerà multipli RNA primers sul filamento ritardo mentre il DNA si apre. La DNA polimerasi sintetizza quindi, il DNA sull’estremità del primer, fino ad incontrare il primer successivo;questo ciclo di sintesi del primer ad opera delle primasi e successivo allungamento di DNA catalizzato dalle polimerasi, continua lungo il filamento ritardo.I frammenti di DNA corti risultanti, sono noti come frammenti di Okazaki. L’enzima RNasi H rimuove in seguito i primer RNA intercalati tra i frammenti Okazaki. Un’altra DNA polimerasi riempie quindi gli spazi vuoti rimasti dopo la rimozione degli RNA primers.La DNA polimerasi, non può tuttavia riempire i gap presenti tra i frammenti di Okazaki. Questo compito finale è svolto dall’enzima DNA ligasi, che unisce l’estremità 3 primi di un frammento con l’estremità 5 primi di un altro in modo da trasformare un filamento ritardo discontinuo in un filamento continuo.

8.3:

Lagging Strand Synthesis

During replication, the complementary strands in double-stranded DNA are synthesized at different rates. Replication first begins on the leading strand. Replication starts later, occurs more slowly, and proceeds discontinuously on the lagging strand.

There are several major differences between synthesis of the leading strand and synthesis of the lagging strand. 1) Leading strand synthesis happens in the direction of replication fork opening, whereas lagging strand synthesis happens in the opposite direction.  2) For leading strand synthesis, a single primer is needed, whereas multiple RNA primers are required for lagging strand synthesis. 3) After initial primer synthesis, the leading strand needs only DNA polymerase for replication to continue,  whereas the lagging strand needs multiple enzymes, including DNA polymerase I, RNase H, and ligase. 4) The leading strand is synthesized as a continuous piece, whereas the lagging strand is synthesized as a series of shorter pieces called Okazaki fragments. Thus, lagging strand synthesis is a multistep process involving sophisticated coordination among different molecules.

Due to the different genome sizes of prokaryotes and eukaryotes, the process of lagging strand synthesis differs between them. The most prominent difference is the length of the Okazaki fragments. The average Okazaki fragment length is around 1000 to 2000 nucleotides in prokaryotes, but only 100 to 200 nucleotides in eukaryotes.

Suggested Reading

  1. Okazaki, Tsuneko. "Days weaving the lagging strand synthesis of DNA—A personal recollection of the discovery of Okazaki fragments and studies on discontinuous replication mechanism—." Proceedings of the Japan Academy, Series B 93, no. 5 (2017): 322-338.
  2. Hamdan, Samir M., and Antoine M. van Oijen. "Timing, coordination, and rhythm: acrobatics at the DNA replication fork." Journal of Biological Chemistry 285, no. 25 (2010): 18979-18983.
  3. Chagin, Vadim O., Jeffrey H. Stear, and M. Cristina Cardoso. "Organization of DNA replication." Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2, no. 4 (2010): a000737.